CN101198406A - 用于净化废气的催化剂及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

用于净化废气的催化剂,包括基材和凸起。基材具有直行气流通道。凸起从直行气流通道突出50微米或更多,并包含由至少一种催化成分构成的析出物,该催化成分选自由碱金属和碱土金属组成的组。

Description

用于净化废气的催化剂及其制造方法
技术领域
本发明涉及用于净化废气的催化剂及其制造方法,该催化剂可以借助氧化作用有效地净化废气(例如从柴油机中排出的那些废气)中所含的颗粒物(下文缩写为“PMs”)。特别地,本发明涉及用于净化废气的直行催化剂及其制造方法,该直行催化剂带有多个气体通道,它们的相对末端是开放的。
背景技术
对于汽油机,有关废气的严格规章和能够应对这些严格规章的技术发展可靠地减少了废气中的有害成分。但是,对于柴油机,由于有害成分作为PMs排出的独特情况,规章和技术发展与汽油机相比进步较少。
作为迄今已经开发出的用于柴油机的废气净化装置,下列是已知的。例如,废气净化装置可以大致分成捕集式(或壁行)废气净化装置和开放式(或直行)废气净化装置。其中,由陶瓷制成的栓堵蜂窝结构(即柴油机PMs过滤器,下文被称作“DPFs”)是已知的一种捕集式废气净化装置。如SAE论文SAE810114中所述,DPFs的栓堵陶瓷蜂窝结构带有许多小室。具体而言,这些小室包括在废气下游对端被栓堵的进入室,邻近进入室并在废气上游对端被堵塞的出口室,和划分进入室和出口室的过滤器多孔壁。因此,DPFs是壁行废气净化装置,其用多孔壁的孔过滤废气,并将PMS捕获到多孔壁上从而防止排出PMs。
另一方面,开放式废气净化装置包含直行蜂窝结构,其带有许多两个末端都开放的小室,这与净化从汽油机中排出的废气所用的催化剂类似。开放式废气净化装置净化与涂布在小室的多孔壁上的催化层接触的PMs。
但是,在DPFs中,随着PMs沉积在其上,压力损失增大。相应地,需要通过某些方式定期去除沉积的PMs以使DPFs再生。因此,当压力损失增大时,通常通过用燃烧器或电热器加热DPFs或通过对DPFs供应高温废气来燃烧沉积的PMs,由此使DPFs再生。但是,在这种情况下,PMs的沉积越多,燃烧沉积的PMs时温度升高得越多。因此,可能出现DPFs因这种燃烧引起的热应力而受损的情况。
因此,最近已经开发出连续再生的DPFs。在连续再生的DPFs中,在DPFs的多孔壁上形成包含氧化铝的涂层,并在该涂层上加载催化成分,例如铂族贵金属。根据连续再生的DPFs,由于借助催化成分的催化活性通过氧化作用燃烧捕获的PMs,可以通过在捕获PMs的同时或在其后燃烧PMs来使DPFs再生。此外,由于催化成分的催化反应在相对低温下发生,且由于PMs可以在其被较少捕获时燃烧,因此,连续再生的DPFs产生的优点在于,作用于DPFs的热应力非常低,防止了DPFs受损。
相反,用于净化PMs的直行催化剂表现出低的压力损失,但可能产生较大量地排出未经净化而原样排出的PMs的问题。另一方面,由于用于净化PMs的壁行催化剂构造成在废气通过多孔壁时过滤PMs,它们可能的缺点是具有比直行PMs净化催化剂大的压力损失。
此外,日本未审专利公开(KOKAI)2002-35,583公开了一种废气净化系统,其包含DPF和位于DPF上游侧的燃烧催化装置。燃烧催化装置具有表面,该表面无规成型以扩大比表面积,且其中在无规成型部分上加载贵金属。由此构成的废气净化系统可以用上游侧的燃烧催化装置净化气体组分,例如未燃烧的燃料和烃(下文缩写为“HC”),并可以用下游侧的DPF捕获PMs。
但是,即使在日本未审专利公开(KOKAI)2002-35,583公开的废气净化系统中,上游侧的燃烧催化装置的无规成型部分也仅具有不小于大约1微米的粗糙度。相应地,上游侧的燃烧催化装置难以完全捕获和净化PMs。因此,必须将DPF安装在燃烧催化装置的下游侧。由于该废气净化系统需要下游侧的DPF作为基本构件,其不能解决与DPFs有关的压力损失较大的问题。
因此,日本未审专利公开(KOKAI)2003-326,162提出了用于净化废气的催化剂,该催化剂包含直行基材、催化层、耐热粒子和贵金属。催化层至少在所述直行基材的部分多孔壁上形成。耐热粒子固定到催化层上,并包含粒径大于催化层厚度的粗粒。催化层中包含贵金属。根据该废气净化催化剂,流入直行基材小室中的PMs与粗粒碰撞,因而它们的流动被抑制。这样,PMs停滞下来处于临时捕获状态。需要注意的是,停滞的PMs很有可能与催化层接触,使得它们可能因氧化作用而被贵金属净化。相应地,该废气净化催化剂表现出高的PMs净化性能。此外,尽管粗粒从直行基材小室内的多孔壁上凸起,该废气净化催化剂基本是直行型废气净化装置。因此,该废气净化催化剂表现出比DPFs低的压力损失。
但是,日本未审专利公开(KOKAI)2003-326,162公开的废气净化催化剂构造成使粗粒简单固定到催化层上。相应地,在废气净化催化剂投入使用时,粗粒可能从催化层上脱落。如果情况如此,废气净化催化剂就难以捕获PMs。因此,废气净化催化剂可能表现出降低的PMs净化性能。此外,由于耐热粒子完全没有任何催化功能,所以该废气净化催化剂需要包括贵金属的催化层作为基本构件。
发明内容
考虑上述情况开发出了本发明。因此,本发明的目的不仅是提供带有凸起的、没有缺陷(例如脱落现象)并表现出长寿命的气流通道,还要使这种凸起本身具有催化功能。
本发明的用于净化废气的催化剂可以实现上述目的。本催化剂用于净化废气,并包含:
具有直行气流通道的基材;和
从直行气流通道突出50微米或更多的凸起,该凸起包含由至少一种催化成分构成的析出物,所述催化成分选自由碱金属和碱土金属组成的组。
在本催化剂中,直行气流通道可以优选具有直径10微米或更大的孔开口;凸起可以优选通过锚定作用保持在直行气流通道上。需要注意的,可以将本催化剂构造为进一步包含催化层,该催化层在直行气流通道上形成并包含贵金属,其中:凸起从催化层突出。此外,本催化剂可以优选进一步包含沿废气流方向在催化剂的上游侧设置的氧化催化剂。
本发明制造用于净化废气的催化剂的方法包括下列步骤:
在具有直行气流通道的基材上,相对于每1升体积的基材,以0.3摩尔或更多的量加载至少一种选自由碱金属和碱土金属组成的组的催化成分;
热处理所述载有催化成分的基材,使由催化成分构成的析出物析出,从而在所述直行气流通道上形成从该直行气流通道突出、且突出高度为50微米或更大的凸起。
在本制造方法中,基材的直行气流通道可以带有催化层,其包含贵金属并预先形成。
因此,本催化剂包含从直行气流通道突出50微米或更多的凸起。相应地,流入直行气流通道中的PMs与凸起碰撞,并因此被抑制流动。因此,PMs被认为停滞在直行气流通道内,从而处于临时捕获状态。此外,凸起包含析出物,该析出物由至少一种选自由碱金属和碱土金属组成的组的催化成分构成。需要注意的,催化成分固有地具有氧化活性,这使其能够至少氧化PMs中所含的烟炱成分。因此,临时捕获的PMs更有可能与催化成分接触,并因此因氧化作用而被催化成分净化。此外,即使凸起伸入直行气流通道,本催化剂也表现出比DPFs低的压力损失,因为本催化剂的基材从根本上看是直行基材。
具体而言,本催化剂可以相容地在PMs净化能力和压力损失的减少方面均表现出良好的性能。
此外,本制造方法能够容易并稳定地制造包含凸起(这是本发明的特征之一)的本催化剂。
附图简述
参照下列详细描述,并结合附图和详细说明,可以更好地理解本发明及其许多优点,所有这些都构成本公开的一部分。
图1是显示根据本发明一个实施例的催化剂的径向截面中的微粒结构的显微照片。
图2是显示根据本发明一个实施例的催化剂的轴向截面中的微粒结构的显微照片。
本发明的最佳实施方式
尽管已经大致描述了本发明,但参照具体的优选实施方案可以获得进一步的理解,这些实施方案在此仅用于举例说明而不是要限制所附权利要求的范围。
用于净化废气的本发明催化剂包含基材和凸起。所述基材具有直行气流通道。所述凸起从基材的直行气流通道突出。基材可以包括选自由蜂窝型基材、泡沫基材和无纺基材组成的组的至少一种,它们各自带有多个多孔通道。基材可以由具有耐热性的材料制成,例如陶瓷和金属。陶瓷可以由例如堇青石构成。
具体而言,优选使用由陶瓷或金属无纺布形成的多孔基材制造所述基材。多孔基材可以优选具有10至50微米的平均孔径和10至80体积%的孔隙率。此外,多孔基材可以进一步优选具有10至40微米的孔径和40至80体积%的孔隙率。这种多孔基材在直行气流通道的表面中具有直径10微米或更大的孔开口。在通常采用的水吸附加载法中,催化成分通过毛细现象优先加载在孔隙上。因此,凸起在本发明制造方法的下述热处理步骤中从孔隙开口处开始生长。因此,可以通过锚定作用将产生的凸起牢固保持在直行气流通道上。因此,可以在本发明废气净化催化剂投入使用时防止凸起从直行气流通道上脱落。
凸起从直行气流通道突出50微米或更多。当凸起的高度小于50微米时,所得凸起几乎不产生临时捕获PMs的作用。另一方面,当凸起的高度大于300微米时,所得凸起在直行气流通道内占据过大的体积,以致它们阻塞直行气流通道,从而不利地增大所得催化剂的压力损失。因此,凸起的高度可以优选为300微米或更小。要指出,凸起可以进一步优选从直行气流通道突出100至250微米、进一步优选150至250微米的高度。
可以设置本发明废气净化催化剂,使得催化层可以在直行气流通道上形成且凸起可以从催化层突出。例如,催化层可以优选包含多孔氧化物、和加载在该多孔氧化物上的贵金属或贱金属。所述多孔氧化物可以优选由选自氧化铝、氧化锆、二氧化铈和二氧化钛的至少一种构成。所述贵金属可以优选由选自Pt、Rh、Pd和Ir的至少一种构成。所述贱金属可以优选由选自Co、Fe和Cu的至少一种构成。催化层可以以与传统氧化催化剂和三效催化剂的催化层相同的方式设置。
对凸起的形成密度没有特别限制。但是,当凸起以低密度形成时,凸起可能难以表现出临时捕获PMs的作用。相应地,优选以高的密度形成凸起,进一步优选微细并高密度地形成凸起。此外,凸起可以根据形成的用途选择性地在各个位置形成。但是,尤其优选在整个直行气流通道上均匀形成凸起。例如,凸起可以优选以2至20个/平方毫米、进一步优选5至15个/平方毫米的形成密度形成。
凸起包含由催化成分构成的析出物,该催化成分至少一种选自由碱金属和碱土金属组成的组。考虑到凸起形成的简易性和PMs氧化活性大小,凸起可以优选包含由碱金属、尤其优选钾(K)构成的析出物;或凸起可以优选包含由碱土金属、尤其是钡(Ba)构成的析出物。为了形成凸起,相对于每1升体积的基材,以0.3摩尔或更多的量在基材上加载催化成分,然后热处理载有催化成分的基材。相对于每1升体积基材,当催化成分的加载量小于0.3摩尔时,凸起不充分生长,因此难以形成高度为50微米或更大的凸起。相对于每1升体积基材,尤其优选以0.5摩尔或更多的量在基材上加载催化成分。另一方面,当催化成分的加载量太大时,凸起生长至大于300微米的高度。因此,相对于每1升体积基材,优选以5摩尔或更少的量在基材上加载催化成分,并进一步优选以相对于每1升体积基材1摩尔或更少的量在基材上加载催化成分。需要注意的,相对于每1升基材,催化成分的加载量可以优选落在0.5至2摩尔、更优选0.5至1摩尔的范围内。
此外,当本发明废气净化催化剂进一步带有催化层时,相对于每1千克重量催化剂层,优选以4摩尔或更多的量加载催化成分(该催化成分包含选自由碱金属和碱土金属组成的组的至少一种)。当相对于每1千克重量催化剂层,催化成分的加载量小于4摩尔时,凸起较不可能生长,以致难以形成高度为50微米或更大的凸起。需要注意,可以在形成催化层后在催化层上加载催化成分,或可以与催化层的形成同时地在催化层中加载。此外,相对于每1千克重量催化层,催化成分可以优选以4摩尔或更多至50摩尔或更少、进一步优选6摩尔或更多至15摩尔或更少的量加载。
热处理载有催化成分的基材的步骤(该步骤在加载催化成分的步骤之后进行)可以在空气中进行。在这种情况下,优选在200至600℃、进一步优选300至500℃的温度下热处理载有催化成分的基材。当热处理温度低于200℃时,凸起的生长速度太低,以致花费长时间形成高度50微米或更大的凸起。另一方面,当热处理温度高于600℃时,可能出现没有形成凸起的情况,因为催化成分可能与基材反应或溶入基材。
由于本发明废气净化催化剂的凸起只包含催化成分(该催化成分包含选自由碱金属和碱土金属组成的组的至少一种),简单的本发明废气净化催化剂可能出现下述缺点:较不可能生成氧化活性高的NO2。因此,本发明废气净化催化剂可以优选进一步带有氧化催化剂,沿废气流方向,该氧化催化剂设置在简单的本发明废气净化催化剂的上游。当这样构造本发明废气净化催化剂时,氧化催化剂生成的NO2流入本发明的简单废气催化剂。因此,进一步促进了凸起临时捕获的PMs的氧化。特别地,在低于300℃的低温区域中,催化成分(其包含选自由碱金属和碱土金属组成的组的至少一种)较不可能表现出PMs氧化活性。考虑到这一点,优选用氧化催化剂生成的NO2补充催化成分进行的PMs的氧化。需要注意,氧化催化剂可以优选包含直行结构基材、在该直行结构基材上形成的涂层和加载在该涂层上的氧化催化成分。涂层可以优选由选自氧化铝、二氧化钛和沸石的至少一种构成,并相对于每1升直行结构基材,可以优选以10至200克、进一步优选20至100克的量形成。氧化催化成分可以优选由选自钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)和铂(Pt)的至少一种构成,并相对于每1升直行结构基材,可以优选以0.1至10克、进一步优选0.5至5克的量加载。
实施例
下面参照具体实施例和对比例更详细描述本发明的废气净化催化剂。
(实施例1)
制备蜂窝基材。需要指出,蜂窝基材由堇青石制成,并具有2升的体积。此外,蜂窝基材以300小室/平方英寸的量包含小室,并具有25微米的平均孔径和65体积%的孔隙率。此外,该蜂窝基材用于DPF应用,并包含可透气的多孔壁。但是,蜂窝基材完全没有栓塞,因此,蜂窝通道构成了直行结构的蜂窝结构。将所述蜂窝基材浸入具有纳米级初级粒径的氧化铝溶胶。然后,将蜂窝基材从氧化铝溶胶中取出,并用空气吹,以吹除过量氧化铝溶胶。此后,将蜂窝基材在120℃干燥,并在500℃进一步煅烧2小时。由此,在蜂窝基材上和基材内形成了氧化铝涂层。需要指出,氧化铝涂层以较少的量形成,相对于每1升体积蜂窝基材为35克,并在多孔壁上以及孔内形成。
然后,将带有氧化铝涂层的蜂窝基材用预定量的具有预定浓度的二硝基二氨合铂水溶液浸渍。然后,将蜂窝基材在120℃干燥,并在500℃进一步煅烧1小时。由此,在铝涂层上和涂层内均匀加载了Pt,相对于每1升体积蜂窝基材,其量为2克。
此外,在氧化铝涂层上载有Pt的蜂窝基材用预定量的具有预定浓度的乙酸钾水溶液浸渍。然后,将蜂窝基材在120℃干燥,并在500℃进一步煅烧1小时。由此,相对于每1升体积蜂窝基材,以0.5摩尔的量在铝涂层上和铝涂层内加载K。
最后,将所得蜂窝基材在650℃在空气中热处理20小时。由此,制造了根据本发明实施例1的催化剂。图1和2是显微镜照片,其显示了实施例1的催化剂的横截面。具体而言,图1是显示实施例1的催化剂的径向横截面的显微照片,其中观察到多孔壁和多孔通道的横截面。此外,图2是显示实施例1的催化剂的轴向横截面的显微照片,其聚焦于在切开的多孔壁之间观察到的多孔壁表面。
从中看出,多孔壁表面带有大量伸入多孔通道的凸起。此外,据发现,凸起具有50微米或更大的高度,并存在高度为大约200微米的这种凸起。此外,要理解的是,凸起从多孔壁的孔中生长,并借助锚定作用牢固地保持在多孔壁上。需要指出,根据元素分析的结果,凸起被认为主要包含K,并具体由碳酸钾或氧化钾构成。
(对比例1)
制备蜂窝基材。需要指出,蜂窝基材由堇青石制成,并具有2升的体积。此外,蜂窝基材以400小室/平方英寸的量包含小室,并具有3微米的平均孔径和25体积%的孔隙率。还要指出,制成的蜂窝基材用于普通氧化催化剂或三效催化剂,并完全不含可透气的多孔壁。
将浆液洗涂到蜂窝结构上。要指出,该浆液的主要成分是80重量份的氧化铝和70重量份的沸石。将经洗涂的蜂窝结构按照与实施例1相同的方式干燥并煅烧。由此,在蜂窝基材上形成涂层。需要指出,相对于每1升体积蜂窝基材,以150克的量形成了涂层。最后,使用二硝基二氨合铂水溶液,相对于每1升体积蜂窝基材,以2克的量在蜂窝基材上加载Pt。
(对比例2)
按照与实施例1相同的方式制备对比例2的催化剂,不同的是在蜂窝基材上不加载钾(K)。
(对比例3)
按照与实施例1相同的方式制备对比例3的催化剂,不同的是不对在氧化铝涂层上载有Pt和K的蜂窝基材进行热处理。
(实施例2)
按照与对比例1相同的方式制备催化剂,不同的是相对于每1升体积蜂窝基材,以200克的量形成涂层;沿废气流方向,将该催化剂设置在实施例1的催化剂的上游侧。将所得催化剂与实施例1的催化剂的组合标为本发明的实施例2的催化剂。
(对比例4)
按照与对比例1相同的方式制备催化剂,不同的是相对于每1升体积蜂窝基材,以200克的量形成涂层;沿废气流方向,将该催化剂设置在实施例1的催化剂的上游侧。将所得催化剂与对比例1的催化剂的组合标为本发明的对比例4的催化剂。
(试验和评测)
将实施例1和2以及对比例1至4的各催化剂安装到发动机试验台测试装置上。具体而言,将催化剂分别连接到发动机试验台测试装置带有的2升排量柴油机的废气管上。然后,将柴油机以EC模式运行4个循环。在4个循环的每一个的过程中检测催化剂的PMs减少率。评测催化剂的PMs减少率,其为4个循环的平均值。下表1概括了评测结果。此外,测量发动机以EC模式运行4个循环时催化剂表现出的最大压力损失。表1还概括了该测量结果。需要指出,通过计算在4个循环的每一个的过程中从催化剂中排出的PMs重量相对于在4个循环的每一个的过程中来自柴油机的PMs排放总重量的比例,测得PMs减少率。
表1
K 热处理   PM减少率(%)  最大压力损失(kPa)
实施例1 包含 进行   22  2.3
对比例1   5  1.6
对比例2 进行   11  2.0
对比例3 包含   12  2.1
实施例2 包含 进行   28  3.9
对比例4   8  3.2
根据表1可以看出,实施例1的催化剂具有比对比例1至3的催化剂高的PMs减少率。同样地,实施例2的催化剂表现出比对比例4的催化剂高的PMs减少率。实施例1和2的催化剂明显产生优点,因为它们带有凸起。要指出,实施例1和2的催化剂表现出扩大的最大压力损失,因为它们带有凸起。但是,在将实施例1和2的催化剂投入实际应用时,扩大至这种程度的最大压力损失完全没关系。
此外,实施例2的催化剂表现出比实施例1的催化剂更好的平均PMs减少率。对比例4的催化剂表现出的平均PMs减少率与对比例1的催化剂表现出的平均PMs减少率之间的差,即3%,相当于附加的氧化催化剂表现出的PMs减少率,在实施例2的催化剂中,该附加的氧化催化剂沿废气流方向添加到实施例1的催化剂的上游侧。但是,实施例2的催化剂表现出的平均PMs减少率28%大于实施例1的催化剂表现出的平均PMs减少率22%与3%的简单总和。该事实表明,实施例2的催化剂产生了协同优势。此外,实施例2的催化剂表现出明显大于对比例4的催化剂的平均PMs减少率。这种优点源于下述事实:在附加氧化催化剂(沿废气流方向,该附加催化剂位于实施例1的简单催化剂的上游侧)中产生的NO2流入实施例1的简单催化剂,因此所得NO2促进了临时捕获在凸起上的PMs的氧化,甚至在大约250℃或更高的低温区域中或出自该低温区域也是如此。
工业适用性
本发明废气净化催化剂可用于从内燃机(例如柴油机)中排出的废气的净化,特别可用于含有PMs的废气的净化。

Claims (12)

1.用于净化废气的催化剂,该催化剂包含:
具有直行气流通道的基材;和
从所述直行气流通道突出50微米或更多的凸起,该凸起包含由至少一种催化成分构成的析出物,且该催化成分选自由碱金属和碱土金属组成的组。
2.如权利要求1中所述的催化剂,其中:
所述直行气流通道具有直径10微米或更大的孔开口;且
所述凸起通过锚定作用保持在直行气流通道上。
3.如权利要求1中所述的催化剂,进一步包含在所述直行气流通道上形成的并含有贵金属的催化层,其中:
所述凸起从该催化层突出。
4.如权利要求1中所述的催化剂,进一步包含沿废气流方向在该催化剂的上游侧设置的氧化催化剂。
5.如权利要求1中所述的催化剂,其中所述基材包含多孔基材。
6.如权利要求5中所述的催化剂,其中所述多孔基材具有10至50微米的平均孔径和10至80体积%的孔隙率。
7.如权利要求1中所述的催化剂,其中所述凸起从直行气流通道突出,且突出高度为50微米或更大至300微米或更小。
8.如权利要求1中所述的催化剂,其中相对于每1升体积的基材,加载在该基材上的所述催化成分的加载量为0.3摩尔或更多至5摩尔或更少。
9.如权利要求3中所述的催化剂,其中相对于每1千克重量的催化层,所述催化成分的加载量为4摩尔或更多。
10.制造用于净化废气的催化剂的方法,该方法包括下列步骤:
在具有直行气流通道的基材上,相对于每1升体积的基材,以0.3摩尔或更多的量加载至少一种选自由碱金属和碱土金属组成的组的催化成分;
热处理所述载有催化成分的基材,使由催化成分构成的析出物析出,从而在所述直行气流通道上形成从该直行气流通道突出、且突出高度为50微米或更大的凸起。
11.如权利要求10中所述的方法,其中在所述基材的直行气流通道上预先形成含有贵金属的催化层。
12.如权利要求10中所述的方法,其中在200至600℃的温度范围内对所述载有催化成分的基材进行热处理。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013043138A (ja) * 2011-08-25 2013-03-04 Denso Corp 触媒担持体及びその製造方法
KR101326924B1 (ko) 2011-09-21 2013-11-11 현대자동차주식회사 차량의 촉매 코팅액 제조방법 및 이를 이용한 촉매체 제조방법 및 촉매체
JP6466629B1 (ja) * 2017-02-28 2019-02-06 日鉄ケミカル&マテリアル株式会社 触媒担持用ハニカム基材、排ガス浄化用触媒コンバータ

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1260909A (en) * 1985-07-02 1989-09-26 Koichi Saito Exhaust gas cleaning catalyst and process for production thereof
DE4244712C2 (de) * 1992-02-14 1996-09-05 Degussa Beschichtungsdispersion zur Herstellung von kalysefördernden Überzügen auf einem inerten, strukturverstärkenden Körper
JP4590733B2 (ja) * 2000-02-22 2010-12-01 マツダ株式会社 排気ガス浄化用触媒及び該触媒による排気ガス浄化方法
EP1201302B1 (en) * 2000-02-22 2007-08-08 Mazda Motor Corporation Exhaust gas purifying catalyst and production method for exhaust gas purifying catalyst
JP3879988B2 (ja) * 2002-05-08 2007-02-14 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化用触媒とその製造方法
JP3843038B2 (ja) * 2002-05-09 2006-11-08 オリオン機械株式会社 圧縮空気除湿装置
JP3874270B2 (ja) * 2002-09-13 2007-01-31 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化フィルタ触媒及びその製造方法
JP4006645B2 (ja) * 2003-08-27 2007-11-14 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化装置
JP2005305338A (ja) * 2004-04-22 2005-11-04 Toyota Motor Corp 排ガス浄化触媒及びその製造方法

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